通用型進(jìn)樣器、氣相色譜儀和聯(lián)用譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分析檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種氣相色譜或氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用譜儀進(jìn)樣裝置，尤其涉及一種用于毛細(xì)柱的分流/不分流程序升溫進(jìn)樣器。
【背景技術(shù)】
[0002]采用氣相色譜(GC)、GC與離子遷移譜(IMS) /質(zhì)譜(MS)聯(lián)用譜儀對(duì)樣品進(jìn)行分析過(guò)程中，樣品首先要通過(guò)進(jìn)樣器。進(jìn)樣器用于在第一位置將感興趣的樣品成分氣化并與載氣混合后快速、準(zhǔn)確、定量地加到GC柱頭上。自Perkin Elmer生產(chǎn)第一支毛細(xì)管柱以來(lái)，由于其柱效高，分離性能好的優(yōu)勢(shì)，今天已經(jīng)有超過(guò)90% GC分析都是由毛細(xì)管柱實(shí)現(xiàn)的(“Basic Gas Chromatography”， Second Edit1n, by Harold M.McNair and James M.Miller.Copyright ? 2009 John Wiley & Sons, Inc.)。由于毛細(xì)管柱本身積容量小的特性，使得分流/不分流進(jìn)樣器成為GC、GC-1MS或GC-MS最通用的進(jìn)樣器。
[0003]目前已有成熟的分流/不分流進(jìn)樣器。然而由于不同樣品組分的實(shí)際分流比不同，在一定的設(shè)定分離比下，這就會(huì)造成進(jìn)入色譜柱(毛細(xì)管柱)的組成不同于原來(lái)的樣品組成，帶來(lái)分流歧視(對(duì)于寬沸程的樣品的分流歧視尤為嚴(yán)重)，從而影響分析準(zhǔn)確度，導(dǎo)致定量及重復(fù)性較差。
[0004]造成分流歧視主要有三個(gè)方面:
一是氣化室的加熱溫度分部不均勻，在某些情況下氣化室中心和兩端的溫差很大，這樣造成樣品不均勻氣化或沸點(diǎn)不同的組分氣化后到達(dá)低于氣化點(diǎn)的位置時(shí)產(chǎn)生凝結(jié)。
[0005]二是載氣未經(jīng)預(yù)熱，載氣進(jìn)入氣化室會(huì)有一個(gè)溫度梯度的變化，這樣會(huì)造成樣品不同組分氣化速度不同。從氣化室氣化到進(jìn)入色譜柱的時(shí)間很短(以秒計(jì))。這樣，由于分流流量最遠(yuǎn)大于柱內(nèi)流量，因此氣化不太完全的組分就可能比完全氣化的組分多分流掉一些樣品。
[0006]三是不同樣品組分在載氣中的擴(kuò)散速度不同，而擴(kuò)散速度與溫度是成正比的，所以盡量使樣品快速氣化是消除分流歧視的重要措施。因此進(jìn)樣器溫度必須嚴(yán)格控制為比柱箱溫度略高，這樣，一方面提高了進(jìn)樣器的制作成本，一方面也不利于對(duì)熱不穩(wěn)定物質(zhì)的分析。
[0007]專利CN1352390A公開(kāi)了一種進(jìn)樣器，解決了載氣的預(yù)熱問(wèn)題，該進(jìn)樣器在分流導(dǎo)出通道與氣化室之間設(shè)有載氣預(yù)熱室，載氣入口與載氣預(yù)熱室下部相通，載氣預(yù)熱室的上部與氣化室連通。載氣從入口進(jìn)入載氣預(yù)熱室預(yù)熱后向上運(yùn)動(dòng)，然后從頂端進(jìn)入氣化室與樣品接觸使之瞬間氣化。這種進(jìn)樣口雖然解決了載氣預(yù)熱問(wèn)題和分流歧視的問(wèn)題，然而，由于其預(yù)熱室與氣化室相連通，這相當(dāng)于增加了氣化室的體積，即增加了柱前死體積。這樣，氣化后的樣品混合氣會(huì)反擴(kuò)散到預(yù)熱室，將會(huì)導(dǎo)致保留時(shí)間增加以及峰展寬。
[0008]為了克服專利CN1352390A中存在的一些問(wèn)題，專利CN203216933U公開(kāi)了一種針對(duì)難揮發(fā)性物質(zhì)的進(jìn)樣器，包括外殼和所述外殼內(nèi)部的擴(kuò)散管，外殼端蓋上設(shè)有與擴(kuò)散管相連通的載體通道，載氣通道延伸至擴(kuò)散管內(nèi)部并距擴(kuò)散管底部一定距離，這樣設(shè)計(jì)的好處在于，由于樣品放置在擴(kuò)散管的底部，樣品在揮發(fā)時(shí)其表面的揮發(fā)濃度最高，將載氣通道延伸至樣品表面上方，這樣載氣可以把樣品表面的揮發(fā)氣全部帶走。為了使進(jìn)樣器上下部均勻加熱，在該進(jìn)樣器的外殼四周均勻布置了從外殼底部延伸至端蓋的電熱棒，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)樣器上下部均勻加熱。該專利減小了樣品的不均勻氣化問(wèn)題，然而該進(jìn)樣器僅有不分流模式。由于不分流進(jìn)樣模式操作條件較為復(fù)雜，對(duì)操作技術(shù)要求高，在實(shí)際工作中應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有分流進(jìn)樣普遍，只是在分流進(jìn)樣不能滿足分析要求(主要是靈敏度要求)時(shí)才考慮不分流進(jìn)樣。
[0009]此外，在檢測(cè)任務(wù)繁多時(shí)需要連續(xù)進(jìn)樣，且相鄰兩次樣品的沸程有明顯差異情況下，需要對(duì)進(jìn)樣器的溫度重新設(shè)定，盡管不同類型的分流/不分流進(jìn)樣器種類較多，而快速降溫的通用進(jìn)樣器并不多。為了實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試，因此需要在通用進(jìn)樣器增加快速降溫設(shè)計(jì)及溫控設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、快速連續(xù)進(jìn)樣，對(duì)寬沸程樣品檢測(cè)效果好的通用型進(jìn)樣器。發(fā)明人意識(shí)到，氣化室均勻的溫度、載氣的預(yù)熱以及樣品的充分混合可以消除分流歧視。
[0011]為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種通用型進(jìn)樣器。所述通用型進(jìn)樣器包括進(jìn)樣端口機(jī)構(gòu)、進(jìn)樣器殼體、氣化室、加熱器、溫控單元、載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、冷卻劑通道、多通道氣流控制閥、以及溫控單元；所述進(jìn)樣端口機(jī)構(gòu)位于所述進(jìn)樣器殼體的頂部，所述進(jìn)樣端口機(jī)構(gòu)包括端蓋和位于所述端蓋下方的隔墊；所述氣化室位于所述進(jìn)樣器殼體的中心，在所述氣化室頂部具有頂部開(kāi)口，在所述氣化室底部的正中心位置設(shè)有毛細(xì)管柱；所述端蓋與氣化室之間有密封圈；所述密封圈布置在所述氣化室的內(nèi)壁上，位于所述頂部開(kāi)口附近，用于將襯管或樣品管支撐在所述氣化室的內(nèi)部；所述進(jìn)樣器殼體為金屬材質(zhì)，所述端蓋中心與所述氣化室中心同軸；所述進(jìn)樣器殼體中設(shè)有沿所述進(jìn)樣器殼體的長(zhǎng)度方向延伸的載氣通道、隔墊吹掃通道、分流通道、以及冷卻劑通道；所述多個(gè)通道均勻分布在所述氣化室的周?chē)?；所述載氣通道從所述進(jìn)樣器殼體底部沿所述進(jìn)樣器殼體的長(zhǎng)度方向延伸，并與所述氣化室的頂部開(kāi)口相通；所述隔墊吹掃通道在所述隔墊的下方開(kāi)口出氣化室并從所述進(jìn)樣器殼體的底部向外導(dǎo)出氣體；所述分流通道從所述氣化室的壁上開(kāi)口，并從所述進(jìn)樣器殼體的底部向外導(dǎo)出氣體；所述冷卻劑通道均勻分布在所述氣化室的周?chē)乃鲞M(jìn)樣器殼體的底部向外導(dǎo)出冷卻劑；所述多個(gè)通道的工作狀態(tài)由多通道氣流控制閥調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)；所述加熱器由所述溫控單元控制以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)加熱或程序升溫加熱。
[0012]所述冷卻劑通道起到為氣化室制冷降溫的作用，降溫時(shí)可以采用熱容量大的制冷齊U，包括液氮，液態(tài)CO2或者水,也可直接用大氣流的氮?dú)饣蚩諝獯祾呱?。?dāng)使用液氮或者氮?dú)饨禍貢r(shí)，冷卻劑通道和氣化室設(shè)置為相通，冷卻劑由冷卻通道進(jìn)入氣化室，并沿分流通道隔墊吹掃通道和制冷劑出口通道流出，一方面起到冷卻降溫的作用，一方面還起著吹掃凈化氣化室的功能。當(dāng)使用非惰性的制冷劑降溫時(shí)，冷卻劑通道在所述進(jìn)樣器殼體上回流，不和氣化室相通。所述加熱器均勻分布在所述進(jìn)樣器殼體外壁，保證進(jìn)樣器上下受熱均勻。
[0013]該通用型進(jìn)樣器相當(dāng)于一個(gè)把分流/不分流和冷柱頭進(jìn)樣結(jié)合在一起的程序升溫進(jìn)樣器，充分發(fā)揮了各種進(jìn)樣方式的長(zhǎng)處，克服了上述缺點(diǎn)，實(shí)用性更強(qiáng)，靈活性更好。
[0014]該通用型進(jìn)樣器的有益效果在于:
1、沿所述氣化室的長(zhǎng)度方向設(shè)有若干通道，其中一個(gè)作為載氣通道，可使載氣進(jìn)入氣化室之前預(yù)熱，有足夠的熱容量，保障樣品進(jìn)入氣化室后被快速均勻氣化，然后進(jìn)入毛細(xì)管柱，從而減小分流歧視，從而得到較佳的檢測(cè)結(jié)果。
[0015]2、其它多個(gè)通道分別作為冷卻劑通道、隔墊吹掃通道、分流通道的也設(shè)計(jì)在進(jìn)樣器殼體上，這種設(shè)計(jì)的好處在于一方面通過(guò)多打通道減小金屬殼體熱容量，另一方面在所述進(jìn)樣器殼體上流動(dòng)的冷卻劑和載氣能把氣化室的熱量帶走，對(duì)氣化室起到冷卻降溫作用，這種設(shè)計(jì)既能保證快速升溫也可實(shí)現(xiàn)快速降溫，有益于處理大量檢測(cè)任務(wù)時(shí)的快速連續(xù)進(jìn)樣。
[0016]3、本發(fā)明進(jìn)樣器的加熱器均勻分部在進(jìn)樣器殼體上，這樣設(shè)計(jì)的好處在于能實(shí)現(xiàn)對(duì)所述進(jìn)樣器殼體加熱均勻，又能實(shí)現(xiàn)快速升溫保證樣品氣化均勻，減少分流歧視。
[0017]4、冷卻通道、多通道氣流控制閥和溫控器的配合控制使進(jìn)樣器具有程序升溫功能。由于不同樣品的揮發(fā)性各不相同，對(duì)于一些易揮發(fā)，或在高溫下易裂解的物質(zhì)就要設(shè)定低溫使其先揮發(fā)，對(duì)于難揮發(fā)的樣品就要對(duì)其進(jìn)行加熱到高溫促進(jìn)揮發(fā)，以期各樣品成分得到最佳的揮發(fā)量。對(duì)于寬沸程樣品的檢測(cè)可以使用程序升溫進(jìn)樣，這能有效保護(hù)易熱裂解或焦化的物質(zhì)。這樣設(shè)計(jì)的好處在于可將進(jìn)樣器作為通用型進(jìn)樣器使用，能有效地對(duì)付寬沸程樣品